کاربرد خشک‌کن پاششی در ریزپوشانی اسانس خردل با استفاده از صمغ عربی و مالتودکسترین

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 فارغ‌التحصیل کارشناسی‌ارشد علوم و مهندسی صنایع غذایی، گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی صنایع غذایی، گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: اسانس‌ها ترکیبات فرار طبیعی با منشا گیاهی هستند. کاربرد اسانس‌ها در صنایع غذایی به دلیل طعم قوی، ناپایداری و تجزیه در برابر شرایط فرآیند، محیط نگه‌داری و تغییرات شیمیایی مانند نور، رطوبت و اکسیژن محدودیت دارد. با توجه به اینکه استفاده از اسانس‌های طبیعی به عنوان افزودنی‌ در سال های اخیر افزایش یافته است، محققان، ریزپوشانی را به عنوان راهی برای افزایش پایداری این ترکیبات در سیستم‌های غذایی پیشنهاد کرده‌اند. هدف از این مطالعه، تولید پودر ریزپوشینه اسانس خردل با بررسی اثر نسبت‌های مختلف ترکیبات پوشش‌دهنده دیواره (صمغ عربی GA: مالتودکسترین MD) با استفاده از روش خشک‌کردن پاششی بود.
مواد و روش‌ها: ترکیبات شیمیایی تشکیل دهنده اسانس خردل با استفاده از کروماتوگرافی گازی - طیف سنجی جرمی (GC-MS) شناسایی و تعیین مقدار شدند. سپس برای به دست آوردن امولسیونی با ویژگی‌های مطلوب، 5 تیمار امولسیونی حاوی نسبت‌های مختلف صمغ عربی به مالتودکسترین (100/0، 75/25، 50/50، 25/75 و0/100) در غلظت ثابت 20 درصد (وزنی/حجمی) و با نسبت 1 به 4 (اسانس: دیواره) با اسانس خردل تهیه شد. ویژگی‌های امولسیون‌ها از جمله اندازه قطرات، ویسکوزیته و پایداری مورد بررسی قرار گرفت. سپس امولسیون توسط دستگاه خشک‌کن پاششی (دمای هوای ورودی 150 درجه سلسیوس، دمای هوای خروجی 68 درجه سلسیوس و نرخ تغذیه 2میلی‌لیتر بردقیقه) خشک شد و خصوصیات پودر به‌دست‌آمده از جمله رطوبت، قابلیت جذب آب، دانسیته، ظرفیت بارگذاری، راندمان ریزپوشانی، رنگ و ریزساختار در تیمارهای مختلف تعیین شد.
یافته‌ها: آلیل ایزوتیوسیانات ترکیب غالب شناسایی‌شده در اسانس خردل با مقدار88/39 درصد بود. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، افزایش غلظت صمغ عربی در ترکیبات دیواره سبب تشکیل قطرات با اندازه کوچکتر و امولسیون با پایداری بهتر و جداشدن فازی کم‌ترشد. بیشترین میزان رطوبت در پودر مربوط به تیمار 0/100GA-MD (72/6 درصد) و کمترین مقدار رطوبت در نمونه75/25 GA-MD (17/3 درصد) مشاهده شد. به طورکلی کاهش نسبت صمغ عربی و افزایش مالتودکسترین، دانسیته ریزپوشینه‌ را افزایش داد (05/0p<). علاوه‌ براین، به دلیل رنگ روشن‌تر مالتودکسترین، مقدار پارامتر L* پودرها افزایش یافت؛ در حالی که مقادیر a* و b* کاهش یافت(05/0p<). تیمار 75/25GA-MD بیشترین راندمان ریزپوشانی (72/94درصد) و ظرفیت بارگذاری (92/18درصد) را نشان داد. طبق تصاویر میکروسکوپ الکترونی همه ریزپوشینه‌ها کروی شکل بودند، اما ریزپوشینه‌های به‌دست آمده از تیمار حاوی 25 درصد صمغ عربی و 75 درصد مالتودکسترین، فاقد چروکیدگی، شکاف یا فرورفتگی بود، بدین ترتیب تیمار حاوی 25درصد صمغ عربی و 75 درصد مالتودکسترین به‌عنوان تیمار بهینه تعیین شد.
نتیجه‌گیری: نتایج مطالعه حاضرنشان داد که نسبت‌های مختلف ترکیبات دیواره بر خصوصیات امولسیون‌های تشکیل شده و همچنین پودرریزپوشینه حاصل از فرایند خشک کردن پاششی تاثیرگذار است. افزایش نسبت صمغ عربی، ویسکوزیته و پایداری امولسیون‌ها را افزایش داد و سبب کاهش اندازه قطرات امولسیون شد. از طرفی با افزایش نسبت مالتودکسترین راندمان ریزپوشانی و ظرفیت بارگذاری افزایش پیدا کرد و تیمار حاوی 25درصد صمغ عربی و 75 درصد مالتودکسترین به عنوان تیمار دارای ویژگی های مطلوب انتخاب شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Application of spray dryer to encapsulate mustard essential oil using maltodextrin and gum arabic

نویسندگان [English]

  • Sayed Amir Hossein Goli 1
  • sara keramat 2
  • sabiheh soleimanian zad 1
  • reyhaneh Ghasemi Baghabrishami 3
1 Professor, Department of Food Science and Technology, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Graduated Master student of Food Science and Technology, Department of Food Science, and Technology, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
3 PhD student of Food Science and Technology, Department of Food Science and Technology, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: Essential oils are natural volatile compounds derived from plant materials. The application of essential oils in food industry is limited due to their instability, strong flavor and decomposition against environmental and chemical conditions such as light, humidity, oxygen, etc. In recent years, utilization of essential oils as natural additives has been increased in recent years, researchers have proposed encapsulation as a way to increase the stability of essential oils in food systems. The purpose of this study was to prepare microencapsulated mustard essential oil with different ratio of wall materials (gum Arabic (GA): maltodextrin (MD)) using spray dryer.
Materials and Methods: The chemical composition of mustard essential oil was determined by the use of gas chromatography−mass spectrometry (GC-MS). Then, in order to obtain an emulsion with desirable properties, 5 emulsion treatments containing different proportions of gum arabic and maltodextrin (20%w/v) were prepared (GA-MD: 100/0, 75/25, 50/50, 25/75, 0/100), afterward the droplet size, viscosity and stability of emulsions were determined. Prepared emulsions were introduced into spray dryer (inlet and outlet air temperatures of 150 and 68 degrees Celsius respectively and feed rate 2 ml/min) and the properties of the powders (moisture, wettability, density, encapsulation efficiency, loading capacity, color and microstructure) were investigated.
Results: Allyl isothiocyanate (39.88%) was the main component of mustard essential oil. According to the obtained results, utilization of higher concentration of gum arabic directed to the formation of emulsions with smaller droplets, better stability and lower phase separation. The highest moisture content in powders was related to GA-MD100/0 treatment (6.72%) and the lowest was observed in GA-MD25/75 sample (3.17%). In general, reduction of the gum arabic ratio and enhancement of maltodextrin, increased the density of microcapsules (p<0.05). Furthermore, due to the lighter color of maltodextrin the L* value of the powders increased, while a* and b* values reduced (p<0.05). The GA-MD 25/75 sample exhibited the highest encapsulation efficiency (94.72%) and loading capacity (18.92%). The scanning electron microscopic (SEM) images indicated that all of the microcapsules were spherical, but in sample with 25% gum arabic and 75% maltodextrin no wrinkles, cracks or dents were observed compared to the other treatments. Finally, the treatment containing 25% gum arabic and 75% maltodextrin (GA-MD25/75) was selected as the optimal sample.
Conclusion:
The results of the present study showed that different ratios of wall materials can influence on the properties of the prepared emulsions as well as the powders obtained from the spray drying process. Increasing the ratio of gum arabic as a wall material in mustard essential oil emulsions increased the viscosity and stability of emulsions and reduced the size of emulsion droplets. On the other hand, enhancement of maltodextrin ratio, could increase the micoencapsulation efficiency and loading capacity, Therefore and the treatment containing 25% gum arabic and 75% maltodextrin was selected as the optimum treatment with desirable characteristics.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mustard essential oil
  • Microencapsulation
  • Spray dryer
  • Encapsulation efficiency
  • Microcapsule

مراجع

  1.  Pisoschi, A. M., Pop, A., Georgescu, C., Turcuş, V., Olah, N. K. and Mathe, E. 2018. An overview of natural antimicrobials role in food. European Journal of Medicinal Chemistry, 143, 922-935. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2017.11.095
  2. Mejía-Garibay, B., Palou, E. and Pez-Malo, A. L. 2015. Composition, diffusion, and antifungal activity of black mustard (Brassica nigra) essential oil when applied by direct addition or vapor phase contact. Journal of food protection, 78(4), 843-848. https://doi.org/10.4315/0362-028X.JFP-14-485
  3. Wang, S. Y., Chen, C. T. and Yin, J. J. 2010. Effect of allyl isothiocyanate on antioxidants and fruit decay of blueberries. Food Chemistry, 120(1), 199-204. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.10.007
  4. Majeed, H., Bian, Y. Y., Ali, B., Jamil, A., Majeed, U., Khan, Q. F., Iqbal, K. J., Shoemaker, C. F. and Fang, Z. 2015. Essential oil encapsulations: Uses, procedures, and trends. Rsc Advances, 5(72), 58449-58463. https://doi.org/10.1039/C5RA06556A
  5. Gharsallaoui, A., Roudaut, G., Chambin, O., Voilley, A. and Saurel, R. 2007. Applications of spray-drying in microencapsulation of food ingredients: An overview. Food research international, 40(9), 1107-1121. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2007.07.004
  6. Arana Sánchez, A., Estarrón Espinosa, M., Obledo Vázquez, E. N., Padilla Camberos, E., Silva Vázquez, R. and Lugo Cervantes, E. 2010. Antimicrobial and antioxidant activities of Mexican oregano essential oils (Lippia graveolens H. B. K) with different composition when microencapsulated in βcyclodextrin. Letters in Applied Microbiology, 50(6), 585-590. https://doi.org/10.1111/j.1472-765X.2010.02837.x
  7. Salimi, A., Maghsoudlou, Y., Jafari, S. M., Sadeghi Mahounak, A., & Kashaninejad, M. (2018). Optimization of Emulsion possessing of lycopene in Arabic Gum and Maltodexterin by Response Surface Methodology. Journal of Food Processing and Preservation, 10(1), 117-136.
  8. Ozdemir, N., Bayrak, A., Tat, T., Altay, F., Kiralan, M. and Kurt, A. 2021. Microencapsulation of basil essential oil: utilization of gum arabic/whey protein isolate/maltodextrin combinations for encapsulation efficiency and in vitro release. Journal of Food Measurement and Characterization, 15, 1865-1876. https://doi.org/10.1007/s11694-020-00771-z
  9. Shahidi Noghabi, M. and Molaveisi, M. 2020. Microencapsulation optimization of cinnamon essential oil in the matrices of gum Arabic, maltodextrin, and inulin by spray drying using mixture design. Journal of Food Process Engineering, 43(2), e13341. https://doi.org/10.1111/jfpe.13341
  10. Bajac, J., Nikolovski, B., Lončarević, I., Petrović, J., Bajac, B., Đurović, S. and Petrović, L. 2022. Microencapsulation of juniper berry essential oil (Juniperus communis L.) by spray drying: microcapsule characterization and release kinetics of the oil. Food Hydrocolloids, 125, 107430. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107430
  11. Karrar, E., Mahdi, A. A., Sheth, S., Ahmed, I. A. M., Manzoor, M. F., Wei, W., & Wang, X. (2021). Effect of maltodextrin combination with gum arabic and whey protein isolate on the microencapsulation of gurum seed oil using a spray-drying method. International Journal of Biological Macromolecules, 171, 208-216. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.12.045
  12. De Barros Fernandes, R. V., Borges, S. V. and Botrel, D. A. 2014. Gum arabic/starch/maltodextrin/inulin as wall materials on the microencapsulation of rosemary essential oil. Carbohydrate polymers, 101, 524-532. https://doi.org/10.1016 /j.carbpol.2013.09.083
  13. Premi, M. and Sharma, H. K. 2017. Effect of different combinations of maltodextrin, gum arabic and whey protein concentrate on the encapsulation behavior and oxidative stability of spray dried drumstick (Moringa oleifera) oil. International journal of biological macromolecules, 105, 1232-1240. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.07.160
  14. Başyiğit, B., Sağlam, H., Kandemir, Ş., Karaaslan, A. and Karaaslan, M. 2020. Microencapsulation of sour cherry oil by spray drying: Evaluation of physical morphology, thermal properties, storage stability, and antimicrobial activity. Powder Technology, 364, 654-663. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.02.035
  15. Association of Official Analytical Chemists. Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists, 18th ed.; AOAC Press: Gaithersburg, MD, 2006.
  16. Sabbaghi, H., Ziaiifar, A. M., Sadeghi, A. R., Kashaninejad, M., & Mirzaei, H. (2016). Kinetic modeling of color changes in French fries during frying process. Journal of Food Technology and Nutrition, 14(1), 65-76
  17. Yu, J. C., Jiang, Z. T., Li, R. and Chan, S. M. 2003. Chemical composition of the essential oils of Brassica juncea (L.) Coss. grown in different regions, Hebei, Shaanxi and Shandong, of China. Journal of Food and Drug Analysis, 11(1), 6.  https://doi.org/10.38212/2224-6614.2729
  18. Alves, S. F., Borges, L. L., dos Santos, T. O., de Paula, J. R., Conceição, E. C. and Bara, M. T. 2014. Microencapsulation of essential oil from fruits of Pterodon emarginatus using gum arabic and maltodextrin as wall materials: composition and stability. Drying Technology, 32(1), 96-105. https://doi.org/10.1080/07373937.2013.816315
  19. Rámirez, M., Bullón, J., Andérez, J., Mira, I., & Salager, J. L. (2002). Drop size distribution bimodality and its effect on O/W emulsion viscosity. Journal of dispersion science and technology, 23(1-3), 309-321. https://doi.org/10.1080/01932690208984207
  20. Teodoro, R. A. R., do Carmo, E. L., Borges, S. V., Botrel, D. A., Marques, G. R., Campelo-Felix, P. H., Silva, E. K. and Fernandes, R. V. D. B. 2019. Effects of ultrasonication on the characteristics of emulsions and microparticles containing Indian clove essential oil. Drying Technology, 37(9), 1162-1172. https://doi.org/10.1080/07373937.2018.1492611
  21. Mahdi, A. A., Mohammed, J. K., Al-Ansi, W., Ghaleb, A. D., Al-Maqtari, Q. A., Ma, M., Ahmed, M. I. and Wang, H. 2020. Microencapsulation of fingered citron extract with gum arabic, modified starch, whey protein, and maltodextrin using spray drying. International Journal of Biological Macromolecules, 152, 1125-1134. https://doi.org/10.1016/ j.ijbiomac.2019.10.201
  22. Esmaeili, F., Hashemiravan, M., Eshaghi, M. R. and Gandomi, H. 2022. Encapsulation of Arctium lappa L. root extracts by spray-drying and freeze-drying using maltodextrin and Gum Arabic as coating agents and it’s application in synbiotic orange-carrot juice. Journal of Food Measurement and Characterization, 16(4), 2908-2921. https://doi.org/10.1007/s11694-022-01385-3
  23. Repajić, M., Elez Garofulić, I., Marčac Duraković, N., Balun, M., Cegledi, K., Cegledi, E., Dobroslavić, E & Dragović-Uzelac, V. (2024). Physico-Chemical Characterization of Encapsulated Fennel Essential Oil under the Influence of Spray-Drying Conditions. Processes, 12(3), 577. https://doi.org/10.3390/pr12030577
  24. Santhalakshmy, S., Bosco, S. J. D., Francis, S., & Sabeena, M. (2015). Effect of inlet temperature on physicochemical properties of spray-dried jamun fruit juice powder. Powder Technology, 274, 37-43. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.01.016
  25. Sarabandi, K., Peighambardoust, S. H., Mahoonak, A. S. and Samaei, S. P. 2017. Effect of carrier types and compositions on the production yield, microstructure and physical characteristics of spray dried sour cherry juice concentrate. Journal of Food Measurement and Characterization, 11, 1602-1612. https://doi.org/10.1007/s11694-017-9540-3
  26. Akhavan Mahdavi, S., Jafari, S. M., Assadpoor, E. and Dehnad, D. 2016. Microencapsulation optimization of natural anthocyanins with maltodextrin, gum Arabic and gelatin. International journal of biological macromolecules, 85, 379-385. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.01.011
  27. Laureanti, E. J. G., Paiva, T. S., de Matos Jorge, L. M., & Jorge, R. M. M. (2023). Microencapsulation of bioactive compound extracts using maltodextrin and gum arabic by spray and freeze-drying techniques. International Journal of Biological Macromolecules, 253, 126969.https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126969
  28. Sarabandi, K., Jafari, S. M., Mahoonak, A. S. and Mohammadi, A. 2019. Application of gum Arabic and maltodextrin for encapsulation of eggplant peel extract as a natural antioxidant and color source. International journal of biological macromolecules, 140, 59-68. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.08.133
  29. Kanakdande, D., Bhosale, R. and Singhal, R. S. 2007. Stability of cumin oleoresin microencapsulated in different combination of gum arabic, maltodextrin and modified starch. Carbohydrate polymers, 67(4), 536-541. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2006.06.023
نشریه فرآوری و نگهداری مواد غذایی
دوره 15، شماره 4
دی 1402
صفحه 87-105

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار